显卡工作原理

man making video graphics — 显卡将计算机中央处理器（CPU）的数据转换为您在显示器上看到的视觉信息。SasinT Gallery/Getty Images

您在电脑显示器上看到的图像由称为像素的微小点组成。在大多数常用分辨率设置下，屏幕显示超过200万像素，计算机必须决定如何处理每个像素以创建图像。为此，它需要一个转换器——将二进制数据从CPU转换为您可以看到的图片。这个转换器就是图形处理器，或称GPU。

大多数入门级消费类笔记本电脑和台式机现在都内置了第二块GPU，称为集成显卡。然而，专业级或定制机器通常也会有额外的空间用于独立显卡。独立显卡的优势在于，它通常能够比集成芯片更快地渲染更复杂的视觉效果。

显卡的工作很复杂，但其原理和组件很容易理解。在本文中，我们将介绍显卡的基本组成部分及其功能。我们还将探讨共同作用以制造快速高效显卡的因素。

把电脑想象成一家拥有自己艺术部门的公司。当公司里的人需要一件艺术品时，他们会向艺术部门发送请求。艺术部门决定如何创作图像，然后将其呈现在纸上。最终结果是，某个人的想法变成了一幅真实、可供观看的图片。

显卡的工作原理也大致相同。CPU与软件应用程序协同工作，将图像信息发送给显卡。显卡决定如何利用屏幕上的像素来创建图像。然后，它通过电缆将该信息发送到显示器。

从二进制数据创建图像是一个要求很高的过程。为了创建3D图像，显卡首先用直线创建线框。然后，它光栅化图像（填充剩余的像素）。它还会添加灯光、纹理和颜色。对于快节奏的游戏，计算机每秒必须经历这个过程大约60到120次。如果没有显卡执行必要的计算，计算机将无法处理如此大的工作负载。

显卡通过四个主要组件完成此任务：

用于数据和电源的主板连接
图形处理器（GPU），用于决定如何处理屏幕上的每个像素
视频内存（VRAM），用于保存每个像素的信息和临时存储已完成的图片
显示器连接，以便您可以看到最终结果

接下来，我们将更详细地了解处理器和内存。

GPU
选择一张好的显卡

GPU

graphics card — GPU是一种电子电路，您的计算机用它来加速创建和渲染计算机图形的过程。CHALERMPHON SRISANG/Shutterstock

像主板一样，显卡是一个印刷电路板，上面有处理器和显存。它还有一个输入/输出系统（BIOS）芯片，用于存储显卡设置并在启动时对内存、输入和输出进行诊断。

显卡的处理器，称为图形处理单元（GPU），类似于计算机的CPU。然而，GPU专为执行图形渲染所需的复杂数学和几何计算而设计。一些最快的GPU拥有的晶体管数量甚至超过了普通的CPU。

GPU会产生大量热量，因此通常位于散热器或风扇下方。集成芯片略有不同，它们没有自己的VRAM，必须从与CPU相同的RAM库中提取。这种区别可能会导致您的系统在使用集成GPU玩游戏时内存不足。

除了其处理能力外，GPU还使用特殊编程来帮助其分析和使用数据。AMD和Nvidia生产了市场上绝大多数的GPU，两家公司都开发了各自的GPU性能增强技术。今天的视频处理器可以提供：

全场景抗锯齿（FSAA），用于平滑3D对象的边缘
各向异性过滤（AF），使图像看起来更清晰
实时物理和粒子效果
多屏显示
高帧率视频输出
具有数百万像素的超高清视频
GPU加速计算

每家公司还开发了特定的技术，以帮助GPU应用颜色、阴影、纹理和图案。

当GPU创建图像时，它需要一个地方来存储信息和已完成的图片。为此，它使用显卡的RAM，存储有关每个像素、其颜色和其在屏幕上位置的数据。VRAM的一部分还可以充当帧缓冲器，这意味着它会保存已完成的图像直到需要显示它们。通常，视频RAM以非常高的速度运行并具有双端口，这意味着系统可以同时从中读取和写入数据。

现代显卡插入PCIe x16扩展槽。带有集成显卡的小型计算机，如笔记本电脑和迷你台式机，可能不带这样的插槽。然而，显卡仍然可以通过昂贵的变通设备（称为外置GPU）连接。

选择一张好的显卡

顶级显卡很容易识别。它拥有大量的内存和快速的处理器。通常，它也比任何其他旨在放入电脑机箱内的东西更具视觉吸引力。许多高性能显卡都带有插画或装饰性风扇或散热器。

但高端显卡提供的性能超出了大多数人的实际需求。主要使用电脑进行电子邮件、文字处理或社交媒体的人，可以通过集成显卡的CPU获得所有必要的图形支持。中端显卡足以满足大多数休闲玩家的需求。需要高端显卡性能的人包括游戏爱好者和从事大量3D图形工作的人。

衡量显卡性能的一个良好总体指标是其帧率，以每秒帧数（FPS）衡量。帧率描述了显卡每秒可以显示多少完整的图像。人眼每秒可以处理大约25帧，但快节奏的游戏需要至少60 FPS的帧率才能提供流畅的动画和滚动效果。帧率的组成部分包括：

每秒三角形或顶点数：3D图像由三角形或多边形组成。此测量描述了GPU计算整个多边形或定义它的顶点的速度。通常，它描述了显卡构建线框图像的速度。
像素填充率：此测量描述了GPU每秒可以处理多少像素，这转化为它光栅化图像的速度。

显卡的硬件直接影响其速度。以下是显卡速度影响最大的硬件规格及其测量单位：

GPU时钟速度（MHz）
内存总线大小（位）
可用内存量（MB）
内存时钟速率（MHz）
内存带宽（GB/s）

电脑的CPU和主板也发挥作用，因为非常快的显卡无法弥补主板无法快速传输数据的不足。同样，显卡与主板的连接以及从CPU获取指令的速度也会影响其性能。

有关显卡及相关主题的更多信息，请查看以下链接。

集成显卡与超频

许多CPU都具有集成显卡功能，无需独立显卡即可工作。这些处理器可以轻松处理2D图像，因此非常适合生产力应用和互联网应用。将独立显卡插入这些系统会覆盖板载图形功能。

有些人选择通过手动将显卡时钟速度设置为更高来提高其性能，这称为超频。人们通常会超频内存，因为超频GPU可能导致过热。虽然超频可以带来更好的性能，但它也会使制造商的保修失效。

显卡常见问题

显卡有什么作用？

图形处理单元或GPU也称为显卡。它是一种电子电路，可加速创建和渲染图像、动画和视频所需的处理。

GTX和RTX哪个更好？

GeForce RTX 2060 被认为是比 GeForce GTX 1070 更快的选择。然而，两者都无法支持4K超高清游戏。

哪款显卡最适合游戏？

在选择最适合游戏的显卡方面，有很多选择。最终取决于个人偏好和需求。GeForce RTX 3090、3090 Ti 和 3070，以及 Radeon Rx 6800，都被认为是重度游戏的顶级选择。

NVIDIA 产品线中哪款显卡最好？

NVIDIA GeForce RTX 3090 DirectX 12.00 被认为是 NVIDIA 产品线中最好的显卡，紧随其后的是 NVIDIA GeForce RTX 3080。

笔记本电脑可以加装显卡吗？

大多数笔记本电脑都内置显卡，并永久连接到主板上。但是，对于配备 Thunderbolt 3 端口的笔记本电脑，可以连接外部显卡。

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